KR100302361B1 - Aldehyde-modified cellulosic fibers for paper products having high initial wet strength - Google Patents
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- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/10—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
- D06M13/184—Carboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
- D06M13/203—Unsaturated carboxylic acids; Anhydrides, halides or salts thereof
- D06M13/2035—Aromatic acids
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- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/001—Modification of pulp properties
- D21C9/002—Modification of pulp properties by chemical means; preparation of dewatered pulp, e.g. in sheet or bulk form, containing special additives
- D21C9/005—Modification of pulp properties by chemical means; preparation of dewatered pulp, e.g. in sheet or bulk form, containing special additives organic compounds
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- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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Abstract
(1) 셀룰로즈 섬유를 셀룰로즈 히드록시기와 반응성인 1개 이상의 카복실산 기를 갖는 1,2-이치환된 알켄으로 에스테르화시키고, (2) 에스테르화 섬유를 산화시켜 알데히드기를 형성함으로써 개질된 셀룰로즈 섬유를 제조한다. 개질된 섬유는 일시 습윤 강도를 갖는 경향이 있는 종이 제품에서 유용하다. 강도 첨가제는 종이 제품내에 포함되어 높은 일시 습윤 강도 또는 높은 영구 습윤 강도를 부여할 수도 있다.Modified cellulose fibers are prepared by (1) esterifying cellulose fibers with 1,2-disubstituted alkenes having one or more carboxylic acid groups reactive with cellulose hydroxyl groups, and (2) oxidizing the esterified fibers to form aldehyde groups. Modified fibers are useful in paper products that tend to have temporary wet strength. Strength additives may be included in paper products to impart high temporary wet strength or high permanent wet strength.
Description
습윤 강도는 냅킨, 종이 타월, 주방용 티슈, 일회용 병원 의류 등과 같이 사용중에 물과 접촉하게 되는 다수의 일회용 종이 제품의 바람직한 특성이다. 특히, 이러한 종이 제품은 젖거나 습윤한 조건하에서 사용하기에 충분한 습윤 강도를 갖는 것이 종종 바람직하다. 따라서, 제품은 의도된 용도로 사용하는 도중 항인열성, 항리핑성(ripping), 항붕괴성 등이 있어서 그의 원형을 실질적으로 유지해야만 한다. 예를 들면, 젖은 티슈 또는 타월이 신체 또는 그밖의 것을 세정하는데 사용될 수도 있다. 불행하게도, 비개질된 셀룰로즈 섬유의 처리되지 않은 조립체는 물로 포화되는 경우 그의 강도의 95% 내지 97%를 전형적으로 손실하여, 일반적으로 젖거나 습윤한 조건하에서는 사용할 수 없다.Wet strength is a desirable property of many disposable paper products that come into contact with water during use, such as napkins, paper towels, kitchen tissues, disposable hospital clothing, and the like. In particular, it is often desirable for such paper products to have sufficient wet strength for use under wet or wet conditions. Thus, a product must have its original shape substantially during anti-tear, anti-ripping, anti-collapse, etc. during its intended use. For example, wet tissues or towels may be used to clean the body or the like. Unfortunately, untreated assemblies of unmodified cellulose fibers typically lose between 95% and 97% of their strength when saturated with water, and generally cannot be used under wet or wet conditions.
당 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 종이 제품은 부분적으로 섬유간의 수소 결합에 의해 건조 강도를 유발한다. 종이 제품이 젖는 경우, 물은 수소 결합을 방해하고, 결과적으로 종이 제품의 강도를 감소시킨다. 역사적으로 보면, 주로 두가지 접근법으로 종이 제품의 습윤 강도를 증가시켰다. 한가지 접근법은, 예를 들어 종이 제품을 피복시킴으로써 물이 수소 결합에 도달하여 수소 결합을 방해하는 것을 억제하는 것이다. 또다른 접근법은 습윤 강도를 위해서 물에 의해 절단되지 않는 분자간 결합을 형성하거나 물에 의해 절단되지 않는 일시 습윤 강도에 기여하는 첨가물을 혼합하는 것이다. 제 2 의 접근법은, 특히 티슈 제품에 있어서 일반적으로 선택되는 기법이다. 후자의 접근법에 있어서, 수용성 습윤 강도 수지는, 일반적으로 종이 제품이 형성되기 전에 펄프에 첨가될 수도 있다(습윤-말단 첨가). 수지는 일반적으로 양이온 작용성을 나타내기 때문에 천연적으로 음이온성인 셀룰로즈 섬유를 쉽게 함유할 수 있다.As is known in the art, paper products cause dry strength in part by hydrogen bonding between the fibers. If the paper product is wet, water interferes with hydrogen bonding and consequently reduces the strength of the paper product. Historically, two approaches have primarily increased the wet strength of paper products. One approach is to inhibit water from reaching the hydrogen bonds and interfering with the hydrogen bonds, for example by coating the paper product. Another approach is to mix additives that form intermolecular bonds that are not cleaved by water for wet strength or that contribute to transient wet strength that is not cleaved by water. The second approach is a technique of general choice, in particular for tissue products. In the latter approach, water soluble wet strength resins may generally be added to the pulp before the paper product is formed (wet-end addition). Resins generally contain cation functionality and can easily contain cellulose fibers that are naturally anionic.
다수의 수지가 종이 제품에 습윤 강도를 제공하는데 특히 유용한 것으로 사용되거나 개시되어 있다. 이러한 습윤 강도 첨가제의 일부는 영구 습윤 강도를 갖는 종이 제품, 즉 수용 매질에 놓인 경우에 시간이 경과해도 그의 초기 습윤 강도의 실질적인 부분을 보유하는 종이를 형성한다. 이러한 형태의 수지의 예로는 우레아포름알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지 및 폴리아미드-에피클로로히드린 수지를 들 수 있다. 이러한 수지는 습윤 강도의 감퇴를 제한한다.Many resins have been used or disclosed as being particularly useful for providing wet strength in paper products. Some of these wet strength additives form paper products having permanent wet strength, i.e., paper that retains a substantial portion of its initial wet strength over time when placed in a receiving medium. Examples of this type of resin include urea formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins and polyamide-epichlorohydrin resins. Such resins limit the decay of wet strength.
따라서, 최근에 제조업자는 의도된 용도를 위해서 충분한 습윤 강도를 제공하면서 물에 잠기는 경우 습윤 강도가 감퇴하는 종이 제품을 위해서, 종이 제품에일시 습윤 강도 첨가제를 첨가한다. 습윤 강도의 감퇴는 하수 시스템에서의 종이 제품의 유동을 용이하게 한다. 시간이 경과함에 따라 빠르게 감퇴하는 우수한 초기 습윤 강도를 갖는 것으로 특허청구된 종이 제품을 제공하기 위한 다수의 접근법이 제안되고 있다. 예를 들자면, 1983년 7월 2일자로 데이(Day) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,096,228 호, 1971년 1월 19일자로 코시아(Coscia) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,556,932 호, 1973년 6월 19일자로 윌리암즈(Williams) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,740,391 호, 1986년 8월 12일자로 게로(Guerro) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,605,702 호 및 1987년 6월 23일자로 솔라레크(Solarek) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,675,394 호는 중합체 또는 그밖의 화합물로 일시 습윤 강도를 획득하는 다수의 접근법을 제안하고 있다.Thus, recently manufacturers have added temporary wet strength additives to paper products for paper products where the wet strength declines when submerged while providing sufficient wet strength for the intended use. Decreasing wet strength facilitates the flow of paper products in sewage systems. Many approaches have been proposed to provide paper products claimed to have good initial wet strength that rapidly decays over time. For example, US Pat. No. 3,096,228 to Day et al., July 2, 1983; US Pat. No. 3,556,932 to Coscia et al., January 19, 1971; 6, 1973 U.S. Patent No. 3,740,391 to Williams et al. On May 19, U.S. Patent No. 4,605,702 to Guerro et al. On August 12, 1986, and Solarek on June 23, 1987. US Pat. No. 4,675,394 to Solarek et al. Proposes a number of approaches for obtaining temporary wet strength with polymers or other compounds.
예를 들어 가푸로브(T.G.Gafurov) 등의 문헌[Strukt. Modif. Khlop. Tsellyul., Vol. 3, pp. 131-135 (1966)]에서 기술한 바와 같이 알데히드기를 함유하도록 셀룰로즈 섬유를 개질하는 것도 공지되어 있다.See, eg, T.G.Gafurov et al., Strukt. Modif. Khlop. Tsellyul., Vol. 3, pp. 131-135 (1966), it is also known to modify cellulose fibers to contain aldehyde groups.
당 분야에서는 초기 습윤 강도를 갖는 종이 제품을 제공하고 있지만, 어느 방법도 본 발명의 방법에 의한 종이 제품을 제공하지는 않는다. 셀룰로즈 섬유를 1,2-이치환된 카복실계 알켄과 반응시키고, 그다음 산화시킴으로써 생성된 개질된 섬유를 함유하는 종이 제품에는 습윤 강도가 부여되는 것으로 현재 알려져 있다.Although the art provides a paper product having an initial wet strength, neither method provides a paper product by the method of the present invention. It is now known that paper products containing modified fibers produced by reacting cellulose fibers with 1,2-disubstituted carboxyl alkenes and then oxidizing are given wet strength.
본 발명의 목적은 알데히드기를 함유하도록 개질된 셀룰로즈 섬유 및 이러한 섬유를 함유하는 화장지와 같은 종이 티슈 제품을 제공하는 것이다. 추가로, 본 발명의 목적은 습윤 강도를 갖는 종이 제품을 제공하는 것이다. 그밖의 또다른 본발명의 목적은 일시 습윤 강도를 갖는 종이 제품을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide cellulose fibers modified to contain aldehyde groups and paper tissue products such as toilet paper containing such fibers. In addition, it is an object of the present invention to provide a paper product having wet strength. Another object of the present invention is to provide a paper product having a temporary wet strength.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 할데히드기를 함유하도록 개질된 셀룰로즈 섬유에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 섬유를 함유하는 종이 제품에 관한 것이다. 개질된 섬유는 일시 초기 습윤 인장 강도가 높은(예: 약 80g/인치 이상, 바람직하게는 약 12 g/인치 이상) 종이 제품을 제공하는 경향이 있다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to cellulose fibers modified to contain aldehyde groups. The invention also relates to paper products containing such fibers. Modified fibers tend to provide paper products with a high temporary initial wet tensile strength (eg, at least about 80 g / inch, preferably at least about 12 g / inch).
본 발명의 바람직한 개질된 셀룰로즈 섬유는 1,2-이치환된 카복실계 알켄의 카복실기와 셀룰로즈 섬유의 히드록시기의 일부를 반응시켜 공유 결합이 형성된 셀룰로즈 섬유를 산화시킴으로써 형성된다. 바람직하게는 알켄이 바람직하게는 하나 이상의 카복실기를 가지고 있어서 알켄은 무수물을 형성할 수 있다.Preferred modified cellulose fibers of the present invention are formed by reacting a carboxyl group of 1,2-disubstituted carboxyl alkenes with a portion of the hydroxy group of the cellulose fiber to oxidize covalently bonded cellulose fibers. Preferably the alkenes preferably have one or more carboxyl groups so that the alkene can form anhydrides.
본 발명은 개질된 셀룰로즈 섬유, 보다 구체적으로는 초기 습윤 강도가 우수한 종이 제품을 제공하는데 유용한 개질된 셀룰로즈 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to modified cellulose fibers, more specifically modified cellulose fibers useful for providing paper products with good initial wet strength.
본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유는, 셀룰로즈의 히드록시기와 반응할 수 있는 하나 이상의 카복실 작용기를 함유하는 1,2-이치환된 알켄과 반응하여 공유결합을 형성한 셀룰로즈 섬유를 산화시켜 형성될 수 있다(1,2-이치환된 알켄은 선택적으로 본원에서 "카복실계 알켄"으로 지칭함). 산화되기 전의, 카복실계 알켄과 반응한 셀룰로즈 섬유는 본원에서 하기에 선택적으로 "중간체 셀룰로즈 섬유" 또는 "중간체 셀룰로즈 섬유 반응 생성물"로 지칭한다.Modified cellulose fibers of the present invention may be formed by oxidizing covalently bonded cellulose fibers by reaction with 1,2-disubstituted alkenes containing one or more carboxyl functional groups capable of reacting with hydroxy groups of cellulose (1 , 2-disubstituted alkenes are optionally referred to herein as "carboxyl alkenes"). Cellulose fibers reacted with carboxyl alkenes prior to oxidation are herein referred to herein as "intermediate cellulose fibers" or "intermediate cellulose fiber reaction products".
중간체 셀룰로즈 섬유는 다수의 셀룰로즈 섬유로부터 유도될 수 있다. 다양한 천연 공급원의 셀룰로즈 섬유를 본 발명에서 사용할 수 있다. 연재(침염수로부터 유도됨)로부터의 분해 섬유, 경재(낙엽수로부터 유도됨)로부터의 분해 섬유 또는 목화 린터(linter)로부터의 분해 섬유가 바람직하게 사용된다. 에스파르토(Esparto) 풀, 사탕수수, 조모, 아마 및 그밖의 목질로부터의 섬유 및 셀룰로즈 섬유 공급원을 본 발명에서 원료 물질로서 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용하기에 최적인 셀룰로즈 섬유는 계획된 특정 목적 용도에 좌우될 것이다. 일반적으로 목재 펄프가 사용될 것이다. 사용가능한 목재 펄프로는 화학적 펄프(크라프트(Kraft, 즉 설페이트) 및 설파이트 펄프) 및 기계적 펄프(예: 쇄목 펄프, 열기계적 펄프(즉, TMP)) 및 화학 열기계적 펄프(즉, CTMP)를 들 수 있다. 그러나, 화학적 펄프는 제조된 티슈 시이트에 우수한 촉감의 부드러움을 부여하기 때문에 바람직하다. 완전히 표백되거나 부분적으로 표백되거나 표백되지 않은 섬유를 사용할 수도 있다. 종종 우수한 광택을 제공하고 소비자에게 호감을 갖도록 하기 위해서 표백된 펄프를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 티슈지, 종이 타월 및 기저귀용 흡수 패드, 생리대, 생리용품 및 그밖의 유사한 흡수 종이 제품과 같은 제품용으로는, 북부 연재 펄프를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 북부 연재 펄프의 최고의 강도 특성 때문이다.Intermediate cellulose fibers can be derived from a number of cellulose fibers. Cellulose fibers of various natural sources can be used in the present invention. Decomposed fibers from softwood (derived from saline), decomposed fibers from hardwood (derived from deciduous) or decomposed fibers from cotton linters are preferably used. Fiber and cellulose fiber sources from Esparto grass, sugar cane, grandmother, flax and other woods may also be used as raw materials in the present invention. Cellulose fibers that are optimal for use in the present invention will depend on the intended specific intended use. Generally wood pulp will be used. Wood pulp that can be used includes chemical pulp (Kraft (i.e. sulfate) and sulfite pulp) and mechanical pulp (e.g. crushed wood pulp, thermomechanical pulp (i.e. TMP)) and chemical thermomechanical pulp (i.e. CTMP). Can be mentioned. However, chemical pulp is preferred because it imparts excellent softness to the tissue sheet produced. Fully bleached, partially bleached or unbleached fibers may also be used. It may often be desirable to use bleached pulp to provide good gloss and to appeal to consumers. For products such as tissue paper, absorbent pads for paper towels and diapers, sanitary napkins, sanitary ware and other similar absorbent paper products, it is preferable to use northern soft pulp because of the highest strength properties of northern soft pulp.
임의의 또는 모든 전술한 범주의 섬유 및 그밖의 비-섬유성 물질(예: 충전제 및 접착제)을 함유할 수 있는 재활용된 종이도, 본 발명에서 유용하다.Recycled paper, which may contain any or all of the aforementioned categories of fibers and other non-fibrous materials such as fillers and adhesives, is also useful in the present invention.
셀룰로즈 섬유는 하나 이상의 카복실 작용기를 함유하는 1,2-이치환된 알켄과 반응하여, 중간체 섬유를 형성한다. 카복실 작용기는 예를 들어 카복실산기(-COOH) 또는 산 아미드기(-CONH2)일 수 있고, 바람직하게는 카복실산기이다. 카복실산기는 셀룰로즈 히드록시기와 반응하여 에스테르 결합을 형성하며, 산 아미드기도 마찬가지이다. 그러나 산 아미드기는 카복실산에 비해 다소 덜 반응성이어서 덜 바람직하다.Cellulose fibers react with 1,2-disubstituted alkenes containing one or more carboxyl functional groups to form intermediate fibers. The carboxyl functional group can be for example a carboxylic acid group (-COOH) or an acid amide group (-CONH 2 ), preferably a carboxylic acid group. Carboxylic acid groups react with cellulose hydroxy groups to form ester linkages, as are acid amide groups. Acid amide groups, however, are somewhat less reactive than carboxylic acids and are therefore less preferred.
"1,2-이치환된"이라는 용어는 이중 결합된 탄소가 각각 이중 결합된 탄소 원자가 아닌 다른 하나의 탄소원자 및 수소 원자와 단일 결합하는 것(수소원자와 단일결합 하는 경우는 -HC=CH-임)을 의미한다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 이중 결합된 탄소 원자가 각각 하나 이상의 탄소 원자와 결합되어 있지 않은 경우, 바람직하지 못하게는 중간체 셀룰로즈 섬유의 산화 과정 동안 포름알데히드가 형성되는 경향이 있는 것으로 여겨진다. 다른 한편으로, 하나 이상의 탄소 원자가 이중 결합된 탄소 원자에 각각 결합하는 경우, 중간체 셀룰로즈 섬유가 산화되는 동안 케톤이 형성된다. 카복실계 알켄은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 함유할 수도 있고 그밖의 다중 결합을 함유할 수도 있다.The term " 1,2-disubstituted " means that the double-bonded carbon has a single bond with each other carbon atom and hydrogen atom other than the double-bonded carbon atom (in the case of single bond with hydrogen atom, -HC = CH- Mean). While not wishing to be bound by theory, it is believed that formaldehyde is likely to form undesirably during the oxidation of intermediate cellulose fibers when the double bonded carbon atoms are each unbound with at least one carbon atom. On the other hand, when one or more carbon atoms are each bonded to a double bonded carbon atom, ketones are formed while the intermediate cellulose fiber is oxidized. Carboxylic alkenes may contain one or more carbon-carbon double bonds and may contain other multiple bonds.
1,2-이치환된 탄소-탄소 이중 결합은, 바람직하게는 환형 구조이다. 환형 알켄은 비환형 알켄에 비해 중간체 셀룰로즈 섬유의 산화 과정동안에 알데히드의 손실을 보다 적게 하는 경향이 있다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 최종 종이 제품에서 헤미-아세탈기 및/또는 N-아실 헤미아미날기의 수를 최대화하여, 따라서 개질된 셀룰로즈 섬유를 함유하는 종이 제품의 습윤 강도를 최대화하기 위해서는 알데히드기의 수를 최대화해야 한다.The 1,2-disubstituted carbon-carbon double bond is preferably a cyclic structure. Cyclic alkenes tend to have less aldehyde loss during the oxidation process of intermediate cellulose fibers than acyclic alkenes. While not wishing to be bound by theory, the number of aldehyde groups is required in order to maximize the number of hemi-acetal groups and / or N-acyl hemiamino groups in the final paper product, thus maximizing the wet strength of paper products containing modified cellulose fibers. Should be maximized.
바람직한 양태에서, 카복실계 알켄은 하나 이상의 카복실 작용기를 함유하여 알데히드를 형성할 수 있는 폴리카복실계 화합물이다. 이러한 폴리카복실계 화합물은 셀룰로즈 섬유의 히드록시기와 쉽게 반응하여 중간체 셀룰로즈 섬유를 형성하고, 이때 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유의 수율은 카복실계 알켄이 무수물을 형성할 수 없는 경우보다 높다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "무수물"이라는 용어는 산으로부터 물 분자를 제거함으로써 산으로부터 유도된 화학적 화합물을 지칭한다. 제 2 카복실계 작용기는 적당하게 카복실산기 또는 산 아미드기일 수도 있다. 따라서, 카복실계 알켄은 디카복실산 무수물 또는 환형 이미드를 형성할 수도 있다. 카복실산기가 각각 카복실산기인 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, the carboxyl alkenes are polycarboxyl based compounds which can contain one or more carboxyl functional groups to form aldehydes. Such polycarboxyl-based compounds readily react with the hydroxyl groups of the cellulose fibers to form intermediate cellulose fibers, wherein the yield of the modified cellulose fibers of the invention is higher than when the carboxyl alkenes cannot form anhydrides. As used herein, the term “anhydride” refers to a chemical compound derived from an acid by removing water molecules from the acid. The second carboxyl functional group may suitably be a carboxylic acid group or an acid amide group. Thus, carboxyl alkenes may form dicarboxylic anhydrides or cyclic imides. It is preferable that a carboxylic acid group is a carboxylic acid group, respectively.
보다 바람직하게, 폴리카복실계 화합물의 카복실기의 탄소 원자는, 무수물의 형성을 용이하게 하기 위해서 2 내지 3개의 탄소 원자로 분리된다(즉, 카복실기의 위치가 서로에게 1,2 위치이거나 1,3 위치임). 가장 바람직하게는, 카복실기의 탄소 원자는, 1,2 폴리카복실계 화합물이 낮은 온도에서 1,3 폴리카복실계 화합물보다 보다 쉽게 무수물을 형성하기 때문에 2개의 탄소 원자에 의해 분리된다.More preferably, the carbon atoms of the carboxyl groups of the polycarboxyl-based compound are separated into two to three carbon atoms to facilitate the formation of anhydrides (i.e., the positions of the carboxyl groups are 1,2 or 1,3 relative to each other). Location). Most preferably, the carbon atoms of the carboxyl group are separated by two carbon atoms since the 1,2 polycarboxyl-based compounds form anhydrides more easily than the 1,3 polycarboxyl-based compounds at lower temperatures.
1,2-이치환된 알켄기 및 카복실계 작용기는 바람직하게 비공액되어 있다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 마이클 첨가 반응(Michael Addition)(1,4)는 알켄기 및 카복실기가 공액되어 있는 경우 에스테르화 반응을 통해서 알켄 결합에서 발생할 수 있다. 이러한 첨가 반응은 알켄 결합을 파괴하여 중간체 셀룰로즈 섬유가 산화하는 동안 알데히드가 형성되는 것을 저지한다.The 1,2-disubstituted alkene and carboxyl functional groups are preferably unconjugated. Without wishing to be bound by theory, Michael Addition (1,4) can occur at the alkene bonds via esterification when the alkene and carboxyl groups are conjugated. This addition reaction breaks the alkene bonds and prevents the formation of aldehydes during the oxidation of the intermediate cellulose fibers.
바람직한 카복실계 알켄은 수용성이어서 물-기재 방법에서 사용할 수 있다.본원에서 사용하는 바와 같이, "수용성"이라는 용어는 물에 물질이 용해되거나 분산되거나 팽윤되거나 수화되거나 유사하게 혼합될 수 있는 물질의 능력을 의미한다. 유사하게, 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 용해된", "실질적으로 용해하는" 등의 어구는 액체 매질(예: 물)에 물질이 용해되고, 분산되고, 팽윤되고 수화되고, 혼합됨을 지칭한다. 혼합물은 일반적으로 나안으로 볼때 균질한 유체 혼합물, 즉 물리적 단일 상을 전형적으로 형성한다.Preferred carboxyl alkenes are water soluble and can be used in water-based methods. As used herein, the term "water soluble" refers to the ability of a substance to dissolve, disperse, swell, hydrate, or similarly mix in water. Means. Similarly, as used herein, phrases such as "substantially soluble", "substantially soluble", and the like, refer to the dissolution, dispersion, swelling, hydration, and mixing of materials in a liquid medium (eg, water). Refers to. The mixture typically forms a homogeneous fluid mixture, i.e. a physical single phase, in general.
적당한 카복실계 알켄으로는 시스-1,2,3,6-테트라히드로프탈산 및 1,2,3,6-테트라히드로프탈람산을 들 수 있지만, 이로서 제한하는 것은 아니다. 이러한 화합물의 유도체, 예를 들면 이중 결합된 탄소 원자 이외의 탄소 원자가 단일- 또는 폴리-치환된 유도체도 본원에서 유용한다. 다수의 치환기가 존재할 수도 있다. 그러나, 치환기는 에스테르화 속도를 감소시키는 입체 장애를 제공하거나 에스테르화 단계를 전자적으로 불활성화시키지 않아야 한다. 유용성 및 빠른 반응 시간 때문에, 카복실계 알켄으로는 시스-1,2,3,6-테트라히드로프탈산이 바람직하다.Suitable carboxyl alkenes include, but are not limited to, cis-1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and 1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid. Derivatives of such compounds are also useful herein, such as those in which carbon atoms other than double bonded carbon atoms are mono- or poly-substituted. Multiple substituents may be present. However, the substituents should not provide steric hindrance to reduce the rate of esterification or electronically deactivate the esterification step. Cis-1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid is preferred as the carboxyl alkene because of its usefulness and fast reaction time.
중간체 셀룰로즈 섬유는, 카복실계 알켄 및 액체 매질의 유체 혼합물을 제조하는 단계; 셀룰로즈 섬유를 액체 혼합물과 접촉시켜 처리된 섬유를 형성하는 단계 및 셀룰로즈 섬유의 히드록시기의 적어도 일부가 알켄의 카복실계 작용기와 반응하여 공유 결합을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 구성될 수 있다. 그다음, 생성된 중간체 셀룰로즈 섬유는, 하기에서 기술하는 바와 같이 산화시켜 알데히드기를 형성한다.The intermediate cellulose fibers may comprise the steps of preparing a fluid mixture of carboxyl alkenes and liquid medium; Contacting cellulose fibers with the liquid mixture to form treated fibers and reacting at least a portion of the hydroxy groups of the cellulose fibers with the carboxyl-based functional groups of the alkene to form covalent bonds. The resulting intermediate cellulose fiber is then oxidized to form aldehyde groups as described below.
적당한 액체 매질은, 바람직하게는 액체 혼합물에 카복실계 알켄의 최대 용해도를 제공하는, 카복실계 알켄을 실질적으로 용해하거나 분산시킬 수 있는 매질이다. 액체 매질은 카복실계 알켄 화합물을 위해 하나 이상의 용매를 포함할 수도 있다. 적당한 액체 매질로는 물, 피리딘, 그밖의 양성자성 용매 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 물이 바람직한 액체 매질이다.Suitable liquid media are media capable of substantially dissolving or dispersing the carboxyl alkenes, preferably providing the maximum solubility of the carboxyl alkenes in the liquid mixture. The liquid medium may comprise one or more solvents for the carboxyl alkene compound. Suitable liquid media include water, pyridine, other protic solvents, and mixtures thereof. Water is the preferred liquid medium.
카복실계 알켄 및 액체 매질을, 용액 또는 분산액의 형성 분야에 공지되어 있는 바와 같은 적당한 임의의 방법에 의해 함께 섞거나 혼합할 수 있다. 액체 매질을 증발시키는데 요구되는 시간 및 에너지를 감소시키기 위해서 유체 혼합물내 카복실계 알켄의 농도를 최대화하여 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유를 제공하는 것이 전형적으로는 바람직하다. 액체 매질내 카복실계 알켄의 용해성을 개선시키기 위해서 가열시키는 것이 필요하다. 예를 들어, 유체 혼합물은 약 50℃ 내지 약 100℃의 온도로 가열될 수도 있다.The carboxyl alkenes and liquid medium may be mixed or mixed together by any suitable method as is known in the art of forming solutions or dispersions. It is typically desirable to maximize the concentration of carboxyl alkenes in the fluid mixture to provide the modified cellulose fibers of the present invention in order to reduce the time and energy required to evaporate the liquid medium. Heating is necessary to improve the solubility of the carboxyl alkenes in the liquid medium. For example, the fluid mixture may be heated to a temperature of about 50 ° C to about 100 ° C.
셀룰로즈 섬유는 제지 분야에서 공지되어 있는 바와 같은 하나 이상의 기법의 조합(예: 침수, 혼합, 덤핑(dumping), 분사, 침지 및 압착 등)으로 카복실계 알켄을 함유하는 유체 혼합물과 접촉시킬 수 있다.Cellulose fibers can be contacted with a fluid mixture containing carboxyl alkenes by a combination of one or more techniques as known in the art of paper, such as immersion, mixing, dumping, spraying, dipping and pressing, and the like.
바람직한 양태에서, 셀룰로즈 섬유는 종이 시이트를 제조하는 펄프 가공(즉, 습윤 적층 제지 공정)중 제지기의 습윤 말단에서 유체 혼합물과 접촉된다. 이러한 양태에 따라, 펄프 시이트는 공정의 습윤 말단에서 유체 혼합물과 함께 분사된다. 종래의 상업적인 공정을 위해서는, 시이트의 점조도는, 적절한 습윤 강도를 유지하기 위해서 약 20% 보다 크고, 바람직하게는 20 내지 50% 이다. 놀랍게도, 본 발명의 종이 시이트의 건조 인장 강도 및 총 초기 습윤 강도는 분사된 펄프 시이트의기본 중량이 증가함에 따라 증가함이 발견되었다. 특히 바람직한 양태에서, 펄프 시이트의 기본 중량은 약 180 내지 약 260 파운드/3000 피트2이다. 그다음, 펄프 시이트를 건조시키고, 전술한 바와 같이 증발시켜 더 이상의 중량의 손실이 없는 시점까지 가열시켜, 셀룰로즈 섬유와 카복실 알켄의 반응을 수행한다.In a preferred embodiment, the cellulose fibers are contacted with the fluid mixture at the wet end of the paper machine during the pulp processing (ie, wet lamination paper making process) to produce the paper sheet. According to this embodiment, the pulp sheet is sprayed with the fluid mixture at the wet end of the process. For conventional commercial processes, the consistency of the sheet is greater than about 20%, preferably 20-50%, in order to maintain adequate wet strength. Surprisingly, it was found that the dry tensile strength and total initial wet strength of the paper sheet of the present invention increased with increasing basis weight of the injected pulp sheet. In a particularly preferred embodiment, the basis weight of the pulp sheet is about 180 to about 260 pounds / 3000 feet 2 . The pulp sheet is then dried, evaporated as described above and heated to the point where there is no further loss of weight to carry out the reaction of the cellulose fibers with the carboxyl alkenes.
선택적인 양태에서, 셀룰로즈 섬유와, 카복실계 알켄을 함유하는 유체 혼합물은 유체 혼합물내 셀룰로즈 섬유의 슬러리를 형성함(예: 침수시켜 혼합시킴으로써)으로써 접촉된다. 따라서, 섬유와 알켄은 당 분야에 공지되어 있는 습윤 적층 제지 공정의 제지 퍼니쉬에서 알켄을 포함함으로써 접촉될 수도 있다.In an alternative embodiment, the cellulose fiber and the fluid mixture containing the carboxyl alkenes are contacted by forming a slurry of cellulose fibers in the fluid mixture (eg, by immersion and mixing). Thus, the fibers and alkenes may be contacted by including alkenes in the paper furnish of the wet laminated papermaking process known in the art.
카복실계 알켄을 함유하는 유체 혼합물을 제조하고, 셀룰로즈 섬유와 접촉시켜 반응시킴으로써 셀룰로즈 분자상의 치환도를 약 0.25 내지 약 1.5, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.0, 가장 바람직하게는 약 1.0(즉, 셀룰로즈 무수 글루코즈의 몰을 기준으로 계산하는 경우, 셀룰로즈 히드록시기 약 0.25 몰% 내지 약 1.5 몰%, 바람직하게는 약 0.5 몰% 내지 약 1.0 몰%, 가장 바람직하게는 약 1.0몰%가 알켄의 카복실기와 반응하여 공유 결합을 형성함)이도록 한다.A fluid mixture containing carboxyl alkenes is prepared and reacted by contacting with cellulose fibers to bring the degree of substitution on the cellulose molecule to about 0.25 to about 1.5, more preferably about 0.5 to about 1.0, most preferably about 1.0 (i.e. When calculated based on the moles of cellulose anhydrous glucose, from about 0.25 mole percent to about 1.5 mole percent, preferably from about 0.5 mole percent to about 1.0 mole percent, most preferably about 1.0 mole percent of cellulose hydroxyl groups are the carboxyl groups of the alkenes. Reacting to form a covalent bond).
처리된 섬유는 액체 매질을 실질적으로 제거하고 셀룰로즈 히드록시기 및 알켄의 카복실 작용기가 공유 결합을 형성하는데 충분한 정도의 온도 및 시간 동안 가열된다. 바람직한 카복실계 화합물, 폴리카복실계 화합물이 사용되는 경우, 처리된 섬유는 섬유로부터 액체 매질을 실질적으로 제거하고, 폴리카복실계 화합물의 무수물을 형성하고 카복실계 알켄과 셀룰로즈 히드록시기 사이에 공유 결합을 형성하는데 충분한 온도 및 시간 동안 가열된다. 액체 매질로서 물을 사용하는 경우, 처리된 섬유는, 바람직하게는 물을 증발시키기 위해 약 100℃ 이상까지 가열한다. 처리된 섬유를 약 120℃ 내지 180℃에서 약 30분 내지 2시간 동안 가열시키면 증발 및 반응이 전형적으로 일어난다.The treated fibers are heated to a temperature and for a time sufficient to substantially remove the liquid medium and to allow the cellulose hydroxyl groups and carboxyl functional groups of the alkene to form covalent bonds. When the preferred carboxyl compound, polycarboxyl compound is used, the treated fibers substantially remove the liquid medium from the fiber, form anhydrides of the polycarboxyl compound and form covalent bonds between the carboxyl alkenes and cellulose hydroxy groups. Heated for a sufficient temperature and time. When water is used as the liquid medium, the treated fibers are preferably heated to at least about 100 ° C. to evaporate water. Evaporation and reaction typically occur when the treated fibers are heated at about 120 ° C. to 180 ° C. for about 30 minutes to 2 hours.
바람직한 양태에서, 공유 결합 형성은 적당한 촉매로 촉진된다. 촉매는 반응 속도를 빠르게 하고, 셀룰로즈 섬유의 분해를 감소시키고, 중간체 셀룰로즈 섬유의 수율을 높이는 경향이 있다. 에스테르화 분야에 공지된 임의의 촉매를 사용할 수도 있다. 바람직한 촉매는 나트륨 하이포포스파이트(NaH2PO2)로서, 이것은 보다 높은 반응 온도에서 수율을 높이고 셀룰로즈 섬유의 분해를 감소시키는 경향이 있다. 에스테르화 촉매로서 나트륨 하이퍼포스파이트를 사용하는 것은, 예를 들어 본원에서 참고로 인용중인 웰치(C.M.Welch)에게 허여된 미국 특허 제 4,820,307 호를 들 수 있다. 촉매는 카복실계 알켄을 함유하는 유체 혼합물에 적당하게 포함된다.In a preferred embodiment, covalent bond formation is promoted with a suitable catalyst. Catalysts tend to speed up the reaction, reduce the degradation of cellulose fibers, and increase the yield of intermediate cellulose fibers. Any catalyst known in the esterification art may be used. Preferred catalyst is sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 ), which tends to increase yields and reduce degradation of cellulose fibers at higher reaction temperatures. The use of sodium hyperphosphite as an esterification catalyst is described, for example, in US Pat. No. 4,820,307 to CMWelch, which is incorporated herein by reference. The catalyst is suitably included in a fluid mixture containing carboxyl alkenes.
바람직한 1,2-이치환된 알켄이 사용되는 경우, 치환도가 1.0인 생성된 중간체 셀룰로즈 섬유는 하기 일반식과 같은 구조를 갖는다:When the preferred 1,2-disubstituted alkenes are used, the resulting intermediate cellulose fibers with a degree of substitution of 1.0 have the structure as follows:
상기 식에서,Where
R'는 OH 또는 NH2이고R 'is OH or NH 2
n은 셀룰로즈 섬유의 중합도(즉, DP)이고, 이것은 1 이상, 바람직하게는 1 내지 10,000이다.n is the degree of polymerization of the cellulose fibers (ie DP), which is at least 1, preferably 1 to 10,000.
그다음, 생성된 중간체 셀룰로즈 섬유를 산화시켜 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유를 형성한다. 산화시키기 전에, 전형적으로는 중간체 셀룰로즈 섬유를 세척하여 반응하지 않는 임의의 잔류 카복실계 화합물을 제거한다. 섬유는 염기(예: 탄산나트륨 수용액)의 묽은 수용액으로 적절하게 세척할 수도 있다.The resulting intermediate cellulose fiber is then oxidized to form the modified cellulose fiber of the present invention. Prior to oxidation, the intermediate cellulose fibers are typically washed to remove any residual carboxyl compounds that do not react. The fibers may also be appropriately washed with a dilute aqueous solution of a base such as an aqueous sodium carbonate solution.
산화 과정은 카복실계 알켄의 잔류하에서 알데히드기를 형성하는 조건에서 산화제와 중간체 셀룰로즈 섬유를 접촉시킴으로써 수행된다. 산화 과정은, 바람직하게는 중간체 셀룰로즈 섬유 및 적당한 액체 매질의 혼합물, 예를 들어 슬러리 또는 그밖의 분산액을 형성하고, 카복실계 알켄의 잔류하에서 알데히드기가 형성되는 조건에서 혼합물로 산화제를 첨가함으로써 수행된다.The oxidation process is carried out by contacting the oxidizing agent with the intermediate cellulose fiber under conditions which form an aldehyde group in the presence of carboxyl alkenes. The oxidation process is preferably carried out by forming a mixture of intermediate cellulose fibers and a suitable liquid medium, for example a slurry or other dispersion, and adding the oxidizing agent to the mixture under conditions in which aldehyde groups are formed in the presence of carboxyl alkenes.
적당한 액체 매질은 산화 반응을 심하게 방해하지 않고 섬유를 분산시키는 것을 보조할 수도 있는 매질이다. 액체 매질의 예를 들자면, 물, 유기 용매(예: 아세트산, 저급 알콜, 염소화 탄화수소) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 물이 바람직한 액체 매질이다. 혼합물내의 액체 매질 및 섬유의 양은 넓은 영역에서 변할 수도 있다. 전형적으로, 혼합물은 약 0.1 내지 약 50 중량%의 섬유 및 99.9 중량% 내지 약 50 중량%의 액체 매질을 포함한다. 따라서, 혼합물은 점조도가 낮거나(예: 섬유가 약 1 내지 3.5 중량%이고, 액체 매질이 99 내지 96.5 중량%임), 점조도가 중간이거나(예: 섬유가 약 8 내지 16 중량%이고, 수성 액체 매질이 92 내지 84 중량%임) 점조도가 높을 수 있다(예: 섬유가 약 20 내지 50 중량%이고 수성 액체 매질이 50 내지 80 중량%임).Suitable liquid media are media that may assist in dispersing the fibers without severely disturbing the oxidation reaction. Examples of liquid media include water, organic solvents such as acetic acid, lower alcohols, chlorinated hydrocarbons, and mixtures thereof. Water is the preferred liquid medium. The amount of liquid medium and fibers in the mixture may vary over a wide range. Typically, the mixture comprises about 0.1 to about 50 weight percent fiber and 99.9 to about 50 weight percent liquid medium. Thus, the mixture may have a low consistency (e.g., about 1 to 3.5% by weight of fiber, 99 to 96.5% by weight of liquid medium), medium consistency (e.g., about 8 to 16% by weight of fiber, aqueous The liquid medium may be from 92 to 84% by weight. The consistency may be high (eg about 20 to 50% by weight fibers and 50 to 80% by weight of the aqueous liquid medium).
적당한 산화제로는 오존 및 과망간칼륨을 들 수 있다. 오존이 바람직한 산화제이다. 오존은 반응의 효율, 간편성, 경제성, 환경에 미치는 영향 및 안전성의 면에서 바람직한 산화제이다.Suitable oxidizing agents include ozone and potassium permanganese. Ozone is the preferred oxidant. Ozone is the preferred oxidant in terms of efficiency, simplicity, economy, environmental impact and safety of the reaction.
오존에 의한 산화는, 예를 들어 가압하에서 기체를 혼합물에 주입함에 의해서 오존을 혼합물에 도입함으로써 수행된다. 오존의 유속 및 압력은 넓은 범위에서 변할 수도 있지만, 조건의 예를 들면 약 8.0 리터/분의 유속 및 약 8 psig의 유동 압력을 들 수 있다. 혼합물 내에서의 오존의 안정성을 최대화하기 위해서 바람직하게는 혼합물을 얼리지 않는 범위내에서 가능한 저온으로 혼합물을 냉각시킨다. 전형적으로 약 30 내지 약 60 분동안 전술한 조건하에서 오존을 도입시킨으로써 산화 반응은 전형적으로 완료된다.Oxidation with ozone is carried out by introducing ozone into the mixture, for example by injecting gas into the mixture under pressure. The flow rate and pressure of ozone may vary over a wide range, but examples of conditions include flow rates of about 8.0 liters / minute and flow pressures of about 8 psig. In order to maximize the stability of ozone in the mixture, the mixture is preferably cooled as low as possible within the range in which the mixture is not frozen. The oxidation reaction is typically complete by introducing ozone under the conditions described above typically for about 30 to about 60 minutes.
산화 단계 동안, 알데히드기가 중간체 셀룰로즈 섬유의 카복실계 알켄 잔류상에 형성된다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 적어도 일부의 알데히드는 섬유 표면상에 존재하여 제지 공정동안 섬유간의 결합을 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 알데히드기는 섬유 내부 및/또는 섬유 벽(즉, 섬유내 알데히드기)에서 형성될 수도 있다. 알데히드기의 형성 및 정량화는 적외선 분석과 같은 공지된 분석 기법으로 결정될 수 있다. 선택적으로, 알데히드기의 존재는 비개질된 섬유로 형성된 상응하는 종이 제품에 비해, 개질된 섬유로 형성된 종이 제품의 습윤 강도가 증가하는 것으로 확인된다. 일반적으로, 정해진 섬유 중량, 산화제의 농도 및 반응 조건 세트에 있어서, 산화제에 노출되어 있는 시간이 길수록 산화가 증가한다. 따라서, 산화되는 정도는 전술한 임의의 방법으로 시간의 함수로서 알데히드 함량을 정량화함으로써 정해진 섬유 중량에 대하여 쉽게 최적화할 수 있다. 섬유를 지나치게 산화시켜 카복실산기의 형성을 과도하게 하는 것(이것은 동일한 기법으로 검출되고 정량화될 수 있음)은 피하는 것이 바람직할 것이다.During the oxidation step, aldehyde groups are formed on the carboxyl alkene residual phase of the intermediate cellulose fibers. While not wishing to be bound by theory, it is believed that at least some aldehydes are present on the fiber surface to facilitate bonding between the fibers during the papermaking process. Aldehyde groups may be formed within the fibers and / or at the fiber walls (ie, aldehyde groups in the fibers). Formation and quantification of aldehyde groups can be determined by known analytical techniques such as infrared analysis. Optionally, the presence of aldehyde groups is found to increase the wet strength of the paper product formed from the modified fibers compared to the corresponding paper product formed from the unmodified fibers. In general, for a given set of fiber weight, concentration of oxidant, and reaction conditions, the longer the exposure time to the oxidant, the greater the oxidation. Thus, the degree of oxidation can be easily optimized for a given fiber weight by quantifying the aldehyde content as a function of time by any of the methods described above. It would be desirable to avoid excessively oxidizing the fibers to excessively form carboxylic acid groups, which can be detected and quantified by the same technique.
개질된 섬유도 히드록시기를 함유한다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 히드록시기가 알데히드기와 반응하여 본원에서 추가로 기술한 바와 같이 종이 제품에 습윤 강도를 부여하는 것으로 여겨진다.Modified fibers also contain hydroxyl groups. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the hydroxyl groups react with the aldehyde groups to impart wet strength to the paper product as further described herein.
바람직한 1,2-이치환된 알켄을 사용하는 경우, 치환도가 1.0인 생성된 개질 섬유는 하기 일반식과 같은 구조를 갖는다:When using the preferred 1,2-disubstituted alkenes, the resulting modified fibers having a degree of substitution of 1.0 have the structure as follows:
상기 식에서, R' 및 n은 앞에서 정의한 바와 같다.Wherein R 'and n are as defined above.
본 발명의 생성된 개질된 셀룰로즈 섬유는, 다량의 액체 매질을 제거하고 그다음 섬유를 건조시킴으로써 회수할 수 있다. 예를 들어, 개질된 섬유는 선택적으로 추가로 희석한 다음, 종래의 습윤 적층 제지 공정을 사용하여 시이트된 후, 건조시킬 수도 있다. 액체 매질을 실질적으로 제거하기에 충분한 온도까지 가열함으로써(예를 들어, 약 85℃ 내지 약 125℃로 가열함으로써) 건조가 촉진되어 실질적으로 일정한 중량을 얻을 수 있다. 따라서, 개질된 셀룰로즈 섬유는 제지 공정에서 후에 사용하기 위해 수집된다. 선택적으로, 개질된 셀룰로스 섬유를 함유하는 혼합물을 당 분야에 공지된 바와 같이 섬유를 회수하지 않고 연속 제지 공정에 도입할 수도 있다(예: 습윤 적층 제지 공정의 제지 퍼니쉬).The resulting modified cellulose fibers of the present invention can be recovered by removing a large amount of liquid medium and then drying the fibers. For example, the modified fibers may be optionally further diluted, then sheeted using conventional wet laminated papermaking processes and then dried. Drying may be promoted by heating to a temperature sufficient to substantially remove the liquid medium (eg, by heating to about 85 ° C. to about 125 ° C.) to obtain a substantially constant weight. Thus, the modified cellulose fibers are collected for later use in the papermaking process. Optionally, a mixture containing modified cellulose fibers may be introduced into the continuous papermaking process without recovering the fibers as is known in the art (eg, paper furnishing of the wet laminated papermaking process).
본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유는 종이 및 종이 제품의 폭넓은 분야에서 유용한다. 본원에서 사용하는 바와 같이, "종이" 및 "종이 제품"이라는 용어는 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유를 함유하는 시이트와 같은 물체 및 성형 제품을 들 수 있다.Modified cellulose fibers of the present invention are useful in a wide range of papers and paper products. As used herein, the terms "paper" and "paper product" include objects and shaped articles such as sheets containing the modified cellulose fibers of the present invention.
본원에서 기술한 개질된 셀룰로즈 섬유와 더불어, 본 발명의 종이 제품은 종래 또는 그밖의 제지 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 종이 제품은 종래의 종이 섬유, 예를 들어 화학적으로 개질된 섬유 또는 비개질된 셀룰로즈 섬유를 포함할 수도 있다. 또한, 종이 제품은 중합체 주쇄에 히드록시기가 부착되어 있음을 특징으로 하는 비-셀룰로즈 섬유 중합체 물질을 함유할 수도 있으며, 예를 들어 히드록시기가 있는 유리 섬유 및 합성 섬유를 들 수 있다. 그밖의 섬유 물질, 예를 들어 합성 섬유(예: 레이온, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 섬유)를 히드록시기를 함유하는 천연 셀룰로즈 섬유 또는 그밖의 섬유와 혼합하여 사용할 수도 있다. 히드록시기를 갖는 섬유 물질은 화학적으로 개질되어 본 발명의 셀룰로즈 섬유의 방식으로 알데히드를 함유하여 종이 제품에 혼입될 수도 있다. 임의의 전술한 섬유의 혼합물은 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유와 혼합되어 사용할 수도 있다.In addition to the modified cellulose fibers described herein, the paper products of the present invention may include conventional or other papermaking materials. For example, the paper product may include conventional paper fibers, such as chemically modified fibers or unmodified cellulose fibers. The paper product may also contain a non-cellulose fiber polymeric material characterized by having a hydroxy group attached to the polymer backbone, such as glass fibers and synthetic fibers with hydroxy groups. Other fibrous materials, such as synthetic fibers (e.g. rayon, polyethylene and polypropylene fibers), may be used in admixture with natural cellulose fibers or other fibers containing hydroxy groups. Fiber materials having hydroxy groups may be chemically modified to incorporate aldehydes in the manner of the cellulose fibers of the present invention and incorporated into paper products. Mixtures of any of the foregoing fibers may be used in admixture with the modified cellulose fibers of the present invention.
당 분야에 공지되어 있는 종래의 제지 첨가제로는, 예를 들어 건조 강도 및 습윤 강도 첨가제, 보존제 및 종이 연화제를 들 수 있다. 당 분야의 숙련자가 이해하는 바와 같이, 습윤 강도 수지는 일시 또는 영구 습윤 강도를 부여하도록 선택될 수도 있다. 예를 들어, 폴리아크릴아미드는 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유로 형성된 종이 제품에 영구 습윤 강도를 더 부여하는 경향이 있다.Conventional papermaking additives known in the art include, for example, dry strength and wet strength additives, preservatives and paper softeners. As will be appreciated by those skilled in the art, the wet strength resin may be selected to impart either temporary or permanent wet strength. For example, polyacrylamides tend to further impart permanent wet strength to paper products formed from the modified cellulose fibers of the present invention.
종이 제품은 습윤 적층 제지 공정으로 전형적으로 형성된다. 습윤 적층 제지 공정은 전형적으로 제지 섬유를 함유하는 슬러리를 제공하는 단계(선택적으로 슬러리는 본원에서 제지 퍼니쉬로 지칭됨), 다공성 형성 와이어(예; 포드리니어(Fourdrinier) 와이어)와 같은 기재상에 섬유의 슬러리를 침적시키는 단계, 및 섬유가 실질적으로 뭉치지 않는 조건하에서 시이트형으로 섬유를 경화시키는 단계를 포함한다. 섬유를 시이트 형태로 경화시키는 단계는 유체를 배수시킴으로써, 예를 들어 스크린 롤(screened roll)(예: 원통형 댄디 롤(Dandy roll))로 다공성 와이어에 대해 섬유를 압축시킴(탈수))으로서 수행될 수도 있다. 일단 경화되면, 그다음 섬유성 시이트를 건조시키고, 경우에 따라 선택적으로 압축시킨다.Paper products are typically formed by wet laminated papermaking processes. Wet laminated paper making processes typically include providing a slurry containing papermaking fibers (optionally the slurry is referred to herein as paper furnish), on substrates such as porous forming wires (eg, Fourdrinier wires). Depositing a slurry of fibers, and curing the fibers into a sheet form under conditions in which the fibers do not substantially aggregate. Curing the fibers in the form of sheets can be performed by draining the fluid, for example by compressing the fibers against the porous wire (dewatering) with a screened roll (e.g., a cylindrical Dandy roll). It may be. Once cured, the fibrous sheet is then dried and optionally compressed if desired.
건조 단계는 종이 제품의 습윤 강도를 개선시키기 위해서 물 및 그밖의 임의의 액체를 제거한다. 종이 제품을 고온(예: 85℃ 내지 125℃)에, 건조시키기에 충분한, 전형적으로 물 및/그밖의 액체를 약 10 미만으로 보유하도록 하기에 충분한 시간 동안 적용시킴으로써 건조될 수도 있다. 전형적인 건조 조건은 20℃ 내지 약100℃이다. 이론에 결부시키려는 것은 아니지만, 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 종이 제품은 건조되자마자 개질된 셀룰로즈 섬유의 알데히드기는 인접하는 셀룰로즈 히드록시기와, 헤미-아세탈 및/또는 N-아실헤미아미날을 형성한다. 이러한 헤미-아세탈기는 물에 의해 쉽게 분해되지만, 건조 강도 및 초기 습윤 강도를 종이 제품에 부여하도록 작용한다. 따라서, 종이 제품이 수성 유체에 노출되는 경우, 헤미-아세탈 및/또는 N-아실헤미아미날기가 알데히드기로 복귀되어 종이 제품에 일시 습윤 강도를 제공한다.The drying step removes water and any other liquids to improve the wet strength of the paper product. The paper product may be dried by applying it to a high temperature (eg, 85 ° C. to 125 ° C.) for a time sufficient to dry, typically enough to retain less than about 10 water and / or liquid. Typical drying conditions are from 20 ° C to about 100 ° C. Without wishing to be bound by theory, as soon as the paper article comprising the modified cellulose fibers of the present invention is dried, the aldehyde groups of the modified cellulose fibers form adjacent cellulose hydroxy groups and hemi-acetals and / or N-acylhemiamials. do. These hemi-acetal groups are readily degraded by water, but serve to impart dry strength and initial wet strength to the paper product. Thus, when the paper product is exposed to an aqueous fluid, hemi-acetal and / or N-acyl hemiaminal groups return to the aldehyde group to provide temporary wet strength to the paper product.
본 발명은 화장지와 같이 하수 시설로 처리될 종이 제품을 위해 특히 적당한다. 그러나, 본 발명은 일회용 흡수 종이 제품(예: 주방, 신체 또는 그밖의 세척 용도) 및 신체 유체의 흡수(예: 소변 및 생리혈)에 제한되지 않고, 다수의 종이 제품에 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 종이 제품의 예로는 화장지 및 안면용 티슈, 종이 타월, 기저기용 흡수 물질, 여성 생리 용품(예; 생리대, 팬티라이너(pantiliner) 및 탐폰(tampon)), 성인용 요실금자용 제품 등과 같은 티슈지; 및 필기 용지를 들 수 있다.The invention is particularly suitable for paper products to be treated with sewage systems, such as toilet paper. However, it will be appreciated that the present invention is not limited to disposable absorbent paper products (such as kitchen, body or other cleaning applications) and to absorption of body fluids (such as urine and menstrual blood) and can be applied to many paper products. Thus, examples of paper products include tissue paper and facial tissues, paper towels, basal absorbent materials, feminine physiological products (eg sanitary napkins, pantliners and tampons), adult incontinence products, and the like; And writing paper.
티슈지에 있어서, 본 발명의 개질된 셀룰로즈 섬유는 임의의 형태의 티슈지 제조에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 티슈지는 균일하거나 다층 구조물일 수 있고, 이로부터 제조된 티슈지는 단겹 또는 다겹 구조물일 수 있다. 티슈지는 바람직하게는 기본 중량이 약 10g/㎡ 내지 약 65g/㎡이고, 밀도가 약 0.6g/㎤ 이하이다. 보다 바람직하게는, 기본 중량이 약 40g/㎡ 미만이고 밀도가 약 0.3g/㎤ 이하이다. 가장 바람직하게는. 밀도가 약 0.04g/㎤ 내지 약 0.2g/㎤일 것이다.1991년 10월 22일자로 앰풀스키(Ampulski) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,059,282 호의 13번째 단락, 61 내지 67줄에 티슈지의 밀도를 측정하는 방법이 기술되어 있다. (다른 언급이 없으면, 종이에 대한 모든 양 및 중량은 건조 중량을 기준으로 한다) 티슈지는 통상적으로 압축된 티슈지, 패턴밀집화 티슈지 및 압축되지 않는 비패턴밀집화 티슈지일 수도 있다. 이러한 형태의 티슈지 및 이러한 종이의 제조 방법은 당 분야에 공지되어 있고, 예를 들면 본원에서 참고로 인용중인 판(Dean V. Phan) 및 트로칸(Paul D. Trokan)에게 1994년 8월 2일자로 허여된 미국 특허 제 5,334,286 호에 기술되어 있다.For tissue paper, the modified cellulose fibers of the present invention can be used in making tissue paper of any type. For example, the tissue paper of the present invention may be a uniform or multi-layered structure, and the tissue paper produced therefrom may be a single or multi-layered structure. The tissue paper preferably has a basis weight of about 10 g / m 2 to about 65 g / m 2 and a density of about 0.6 g / cm 3 or less. More preferably, the basis weight is less than about 40 g / m 2 and the density is about 0.3 g / cm 3 or less. Most preferably. The density will be from about 0.04 g / cm 3 to about 0.2 g / cm 3. The density of the tissue paper in paragraph 13, lines 61 to 67 of US Pat. No. 5,059,282, issued to Ampulski et al. On October 22, 1991. The method of measurement is described. (Unless otherwise noted, all amounts and weights for paper are based on dry weight) Tissue paper may be conventionally compressed tissue paper, pattern dense tissue paper, and uncompressed non-dense patterned tissue paper. Tissue papers of this type and methods of making such papers are known in the art, for example to Dean V. Phan and Paul D. Trokan, which are incorporated herein by reference August 2, 1994 Described in US Pat. No. 5,334,286, issued.
시험법Test method
강도 시험Strength test
인장 시험전에, 온도가 73℉±4℉(약 28℃±2.2℃)이고, 상대 습도가 50%±10%인 조건화된 실험실에서 최소 24시간 동안, 종이 제품을 노화시켰다.Prior to the tensile test, paper products were aged for at least 24 hours in a conditioned laboratory with a temperature of 73 ° F. ± 4 ° F. (about 28 ° C. ± 2.2 ° C.) and a relative humidity of 50% ± 10%.
1. 총 건조 인장 강도("TDT")1. Total dry tensile strength ("TDT")
본 시험은 73℉±4℉(약 28℃±2.2℃)이고, 상대 습도가 50%±10%인 조건화된 실험실에서 종이(전술한 바와 같은 핸드시이트(handsheet) 및 그밖의 종이 시이트)의 1인치×5인치(약 2.5㎝×12.7㎝) 조각에서 수행된다. 전기 인장 시험기(미국 매사츄세츠주 캔톤 소재의 인스트론 코포레이션(Instron Corp.)의 모델 1122)를 사용하여 2.0 인치/분(약 1.3㎝/분)의 교차 속도 및 4.0인치(약 10.2㎝)의 게이지 길이에서 수행하였다. 기계 방향을 언급할 때는 시험할 샘플의 5인치 크기의 면이 이 방향에 상응하도록 샘플이 준비됨을 의미한다. 기계 방향(MD)의 TDT를 위해서,5인치 크기의 면이 종이 제품 제조기의 기계 방향에 평행하도록 조각을 절단하였다. 교차 기계 방향(CD)의 TDT를 위해서, 5인치 크기의 면이 종이 제품 제조기의 교차 기계 방향에 평행하도록 조각을 절단하였다. 제조기의 기계-방향 및 교차 기계 방향은 제지 분야에 널리 공지된 용어이다.The test was performed at 73 ° F. ± 4 ° F. (approx. 28 ° C. ± 2.2 ° C.) and 1 sheet of paper (handsheet and other paper sheets as described above) in a conditioned laboratory with a relative humidity of 50% ± 10%. It is performed in inch by 5 inch (about 2.5 cm by 12.7 cm) pieces. Using an electrical tensile tester (Model 1122 from Instron Corp., Canton, Massachusetts), a crossover speed of 2.0 inches / minute (about 1.3 cm / minute) and 4.0 inches (about 10.2 cm) It was performed at the gauge length. When referring to the machine direction, it means that the sample is prepared so that the 5-inch side of the sample to be tested corresponds to this direction. For the TDT in the machine direction (MD), the pieces were cut so that a 5 inch sized plane was parallel to the machine direction of the paper product maker. For the TDT in the cross machine direction (CD), the pieces were cut so that the 5 inch sized plane was parallel to the cross machine direction of the paper product maker. Machine-direction and cross-machine direction of the machine is a term well known in the papermaking field.
MD 및 CD 인장 강도는 전술한 기법 및 종래의 방법의 계산법에 의해 결정된다. 보고된 값은 각각의 방향의 강도에 대해 시험한 8개 이상의 조각의 수학적 평균치이다. TDT는 MD와 CD 인장 강도의 수학적 합계이다.MD and CD tensile strengths are determined by the calculations of the aforementioned techniques and conventional methods. The reported value is the mathematical mean of at least 8 pieces tested for the strength in each direction. TDT is the mathematical sum of the MD and CD tensile strengths.
2. 습윤 인장 강도2. Wet tensile strength
TDT에서와 같은 동일한 크기의 조각으로, 전기 인장 시험기(인스트론 코포레이션, 모델 1122)를 사용하여 0.5 인치/분(약 1.3㎝/분)의 크로스헤드(crosshead) 속도 및 4.0인치(약 10.2㎝)의 게이지 길이에서 작동시켰다. 정해진 침지 시간 동안 약 20℃에서 증류수로 조각을 적신 다음, 인장 강도를 측정하였다. TDT의 경우에서와 같이, 기계 방향을 언급할 때는 시험할 샘플의 5인치 크기의 면이 이 방향에 상응하도록 샘플이 준비됨을 의미한다.With the same size pieces as in the TDT, a crosshead speed of 0.5 inches / minute (about 1.3 cm / minute) and 4.0 inches (about 10.2 cm) using an electrical tensile tester (Instron Corporation, Model 1122) Was operated at a gauge length of. The pieces were moistened with distilled water at about 20 ° C. for a predetermined immersion time and then the tensile strength was measured. As in the case of the TDT, when referring to the machine direction, it means that the sample is prepared such that the 5-inch side of the sample to be tested corresponds to this direction.
MD 및 CD 습윤 인장 강도는 전술한 기기 및 종래의 방법의 계산법으로 측정하였다. 보고된 값은 각각의 방향의 강도에 대해 시험한 8개 이상의 조각의 수학적 평균치이다. 정해진 침지 시간 동안의 총 습윤 인장 강도는 침지 시간 동안의 MD 및 CD의 수학적 합계이다. 총 초기 습윤 인장 강도("ITWT")는, 종이를 약 5±0.5 초 동안 포화시켜 측정하였다.MD and CD wet tensile strengths were measured by the calculation of the instrument described above and conventional methods. The reported value is the mathematical mean of at least 8 pieces tested for the strength in each direction. The total wet tensile strength for a given dipping time is the mathematical sum of MD and CD during the dipping time. Total initial wet tensile strength (“ITWT”) was measured by saturating the paper for about 5 ± 0.5 seconds.
하기의 비제한적인 예는 본 발명을 설명하기 위해서 제공되었다. 본 발명의범주는 하기 청구의 범위에 의해 결정된다.The following non-limiting examples are provided to illustrate the present invention. The scope of the invention is determined by the following claims.
오존 산화된, 시스-1,2,3,6-테트라사이클로프탈산의 셀룰로즈 섬유의 종이 웹의 제조Preparation of Paper Web of Cellulose Fibers of Cis-1,2,3,6-Tetracyclophthalic Acid, Ozone Oxidized
실시예 1(핸드시이트)Example 1 (handsheet)
핸드시이트는 본질적으로는 하기 개질법으로 TAPPI 표준법 T205에 따라 제조된다:Handsheets are prepared according to TAPPI Standard Method T205 essentially with the following modifications:
(1) H2SO4및/또는 NaOH로 목적하는 pH로, 일반적으로 4.0 내지 4.5로 조절된 수돗물을 사용하고;(1) using tap water adjusted to 4.0-4.5 to the desired pH with H 2 SO 4 and / or NaOH;
(2) 폴리에스테르 와이어 상에 시이트를 형성하고, 가압 대신에 흡입으로 탈수시키고;(2) forming a sheet on the polyester wire and dewatering with suction instead of pressurization;
(3) 진공으로 초기 웹을 폴리에스테르 제지 패브릭으로 이동시키고;(3) moving the initial web to a polyester papermaking fabric by vacuum;
(4) 그 다음 회전 드럼식 건조기에서 증기로 시이트를 건조시킨다.(4) The sheet is then dried with steam in a rotary drum dryer.
비개질된 제지 섬유의 12인치×12인치의 건조 핸드시이트(기본중량 28 파운드/3000피트2)에, 산 10%(섬유 중량) 및 하이퍼포스파이트 0.5%(섬유 중량)가 도포될 때까지, 시스-1,2,3,6-테트라히드로프탈산 및 나트륨 하이퍼포스파이트(29g/ℓ)의 수성 용액(pH 4)을 분사시켰다. 핸드시이트를 가압된 공기 오븐에서 실온에서 일정한 중량까지 건조시켰다. 그 다음 시이트를 30분동안 180℃에서 가압된 공기오븐에서 경화시켰다. 경화된 시이트를 pH 2의 탈염수로 세척하고, 40%의 점조도가 될 때까지 탈수시켰다. 40%의 점조도의 생성 섬유를 플러핑(fluffing)하고 웰스바흐 오존 제너레이터(Welsbach Ozone Generator) 모델 T-816으로 실온에서 30분 내지 1시간 동안 오존 산화시켰다. 섬유를 약 8.0 리터/분의 산소 유속 및 역 8 psig의 유동 압력으로 0℃ 이하에서 오존 산화시켰다.To a 12 inch by 12 inch dry handsheet (base weight 28 pounds / 3000 feet 2 ) of unmodified papermaking fibers, until 10% acid (fiber weight) and hyperphosphite 0.5% (fiber weight) were applied, An aqueous solution of cis-1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid and sodium hyperphosphite (29 g / L) (pH 4) was sprayed. The handsheet was dried to constant weight at room temperature in a pressurized air oven. The sheet was then cured in a pressurized air oven at 180 ° C. for 30 minutes. The cured sheet was washed with demineralized water at pH 2 and dehydrated until 40% consistency. The resulting fibers of 40% consistency were fluffed and ozonated with a Welsbach Ozone Generator Model T-816 for 30 minutes to 1 hour at room temperature. The fibers were ozone oxidized below 0 ° C. with an oxygen flow rate of about 8.0 liters / minute and a flow pressure of reverse 8 psig.
생성된 섬유로부터 제조한, 기본 중량이 18 파운드/3000피트2인 핸드시이트는 하기 표 I에서 제시하는 바와 같은 인장 강도를 갖는다.Handsheets having a basis weight of 18 pounds / 3000 feet 2 , made from the resulting fibers, have tensile strength as shown in Table I below.
표 I에서 제시하는 바와 같이, 1시간 동안의 산화는 30분 동안 산화시킨 경우보다 보다 높은 초기 습윤 인장 강도를 제공한다.As shown in Table I, one hour of oxidation provides higher initial wet tensile strength than one that oxidizes for 30 minutes.
실시예 2(제지기)Example 2 (paper machine)
기본 중량이 260 파운드/3000피트2인 펄프 시이트(정제하지 않은 NSK 섬유, 예를 들면, DP가 1500인 섬유)를 종래의 제지기(샌디 힐 메뉴펙쳐(Sandy Hill Manufacture))상에서 형성시키고 49% 고체로 습윤 압축하였다. 60℃의 테트라히드로프탈산(THPA) 및 나트륨 하이포포스파이트의 20% 고형 수용액을 시이트 상에 도포시켜, 10%(섬유 중량)의 THPA 및 0.5%(섬유 중량)의 나트륨 하이퍼포스파이트이 도포되었다. 그 다음, 300℉의 캔 건조기 부분을 통해 2 내지 3분 동안 시이트를통과시켜, 시이트를 건조시키고, THPA와 섬유를 반응시켜 에스테르화 섬유를 형성한다. 생성된 에스테르화 펄프 시이트를 실시예 1에서와 같이 1시간 동안 순차적으로 오존으로 처리시킨다. 생성된 섬유를 종래의 방법 및 기기로 핸드시이트로 만든다. 종이 시이트의 기본 중량은 18 파운드/3000 피트2이고, 캘리퍼스(calipers)는 7.4 밀이고, 밀도는 0.142g/cc이고, 총 건조 인장 강도는 2106 g/인치이고, 총 초기 습윤 인장 강도는 586 g/인치이다.Pulp sheets with a basis weight of 260 pounds / 3000 feet 2 (unrefined NSK fibers, for example, fibers with a DP of 1500) were formed on a conventional paper machine (Sandy Hill Manufacture) and 49% Wet compaction into a solid. A 20% solid aqueous solution of tetrahydrophthalic acid (THPA) and sodium hypophosphite at 60 ° C. was applied on the sheet to apply 10% (fiber weight) of THPA and 0.5% (fiber weight) of sodium hyperphosphite. The sheet is then passed through a can dryer portion at 300 ° F. for 2-3 minutes to dry the sheet and react the fiber with THPA to form esterified fibers. The resulting esterified pulp sheet was treated with ozone sequentially for 1 hour as in Example 1. The resulting fibers are handheld in conventional methods and instruments. The paper sheet has a basis weight of 18 pounds / 3000 feet 2 , a calipers of 7.4 mils, a density of 0.142 g / cc, a total dry tensile strength of 2106 g / inch, and a total initial wet tensile strength of 586 g. / Inch.
기본 중량이 260 파운드/3000 피트2인 약하게 정제된 NSK의 펄프 시이트(캐나다 표준 자유도가 639㎖임; 예를 들어 DP가 1500임)를 제조하고 앞의 문단에서 기술하는 바와 같이 처리하였다. 생성된 처리 펄프 시이트를 오존 산화시키고 생성된 섬유는 앞의 문단에서 기술하는 바와 같이 핸드시이트로 만들었다. 종이 시이트의 기본 중량은 18 파운드/3000피트2이고, 캘리퍼스는 8.4 밀이고, 밀도는 0.125g/cc이고, 총 건조 인장 강도는 2565 g/인치이고, 총 초기 습윤 인장 강도는 794 g/인치이다.A pulp sheet of weakly purified NSK with a basis weight of 260 pounds / 3000 feet 2 (639 mL of Canadian standard degrees of freedom; for example, DP of 1500) was prepared and treated as described in the preceding paragraph. The resulting treated pulp sheet was ozonated and the resulting fibers were hand seated as described in the previous paragraph. The paper sheet has a basis weight of 18 pounds / 3000 feet 2 , a caliper of 8.4 mils, a density of 0.125 g / cc, a total dry tensile strength of 2565 g / inch, and a total initial wet tensile strength of 794 g / inch. .
본 실시예에서 기술한 바와 같이 처리된 아스펜(Aspen) 또는 SF 폰더로사(Ponderosa) 섬유로 형성된 비교가능한 핸드시이트는 NSK 섬유로부터 형성된 시이트로부터 수득된 것 보다 총 건조 인장 강도 및 총 초기 인장 강도가 약간 적다.Comparable handsheets formed from Aspen or SF Ponderosa fibers treated as described in this example had slightly lower total dry tensile strength and total initial tensile strength than those obtained from sheets formed from NSK fibers. little.
본 발명의 특정 실시예가 설명되고 기술되어 있지만, 당 분야의 숙련자라면 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 그밖의 변화 및 개질이 가능함을 명백히 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범주내에서 이러한 모든 변화 및 개질을 첨부된 청구의 범위에 포함시키고자 한다.While specific embodiments of the invention have been described and described, those skilled in the art will clearly appreciate that various other changes and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that all such changes and modifications be included within the scope of the appended claims within the scope of the invention.
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